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1、(10)申请公布号 CN 102439273 A (43)申请公布日 2012.05.02 C N 1 0 2 4 3 9 2 7 3 A *CN102439273A* (21)申请号 201080007842.X (22)申请日 2010.01.25 12/368631 2009.02.10 US F02C 7/22(2006.01) C10K 1/00(2006.01) C10K 1/08(2006.01) C10K 1/04(2006.01) C10J 3/84(2006.01) (71)申请人通用电气公司 地址美国纽约州 (72)发明人 RD斯蒂尔 (74)专利代理机构中国专利代理(香。
2、港)有限公 司 72001 代理人肖日松 谭祐祥 (54) 发明名称 用于操作功率产生系统的系统和方法 (57) 摘要 提供一种用于供应燃料的系统和方法。该燃 料供应系统包括燃料流供应和气体流供应，其中， 燃料包括在第一预定范围内的一定量的水分，气 体包括在第二预定范围内的一定量的水分，并且 第二预定范围比第一预定范围小。该燃料供应系 统还包括容器，其构造成接收燃料流和气体流、混 合燃料流和气体流并且将燃料流和气体流分离， 其中，水分从燃料流转移至气体流。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.08.10 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/02191。
3、8 2010.01.25 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/093512 EN 2010.08.19 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102439282 A 1/2页 2 1.一种燃料供应系统，包括： 燃料流供应，所述燃料包括在第一预定范围内的一定量的水分； 气体流供应，所述气体包括在第二预定范围内的一定量的水分，所述第二预定范围比 所述第一预定范围小；和 容器，其构造成： 接收所述燃料流和所述气体流； 混合所述燃料流和所述气体流；和 将所述燃料流和所述气体流分离； 其中，水分。
4、从所述燃料流转移至所述气体流。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，热量从所述气体流转移至所述燃料流。 3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容器包括纵向轴线，所述容器能够绕 所述纵向轴线旋转。 4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体流包括氮气流。 5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料流包括含碳燃料流。 6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料流包括固态含碳燃料和液态含 碳燃料中的至少一个的流。 7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体流包括合成气体流。 8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括所述容器下游的净化设备，所述净 。
5、化设备构造成从离开所述容器的气体流移除燃料的微粒。 9.一种操作燃料供应系统的方法，所述方法包括： 接收含碳燃料流，所述燃料包括第一数量的水分；和 混合所述含碳燃料流和气体流，使得所述燃料中的第一数量的水分减少并且所述气体 中的第二数量的水分增加，所述气体流包括一定量的热量，其中，在所述混合期间所述一定 量的热量中的至少一些转移至所述燃料流。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，接收含碳燃料流包括接收煤流。 11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流包括混合所述含碳 燃料流和氮气流。 12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和气体流包括混合 所。
6、述含碳燃料流和合成气体流。 13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和气体流包括在容 器内混合所述含碳燃料流和气体流。 14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，混合所述含碳燃料流和气体流混合包括 在容器内混合所述含碳燃料流和气体流，所述容器能够绕所述容器的纵向轴线旋转。 15.一种整体气化联合循环功率系统，其包括燃料干燥器，所述述燃料干燥器构造成： 接收燃料流； 接收流体流； 将水分从所述燃料转移至所述气体；并且 将热量从所述气体转移至所述燃料。 16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括分离器，其构造成将所述燃料流 权 利 要 求 书CN 10243927。
7、3 A CN 102439282 A 2/2页 3 的至少一部分与所述流体流分离。 17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述燃料干燥器包括纵向轴线，所述燃 料干燥器能够绕所述纵向轴线旋转。 18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述流体流包括固态含碳燃料和液态 含碳燃料中的至少一个的流。 19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述流体流包括合成气体流。 20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述分离器定位在所述燃料干燥器的 下游，所述分离器构造成从离开所述燃料干燥器的流体流移除燃料的微粒。 权 利 要 求 书CN 102439273 A CN 10243928。
8、2 A 1/4页 4 用于操作功率产生系统的系统和方法 技术领域 0001 本发明大体涉及功率产生系统，并且更特别地涉及用于为整体气化联合循环功率 产生系统提供燃料的方法和系统。 背景技术 0002 至少一些已知的功率产生系统湿润进入燃气涡轮发动机的气体。湿润气体中的水 分倾向于增加供入燃气涡轮发动机的质量，使得燃气涡轮发动机的效率的增加得以实现。 气体的湿润利用能量以蒸发增添到气体流中的水。另外，功率产生系统也可干燥被供给到 气化器中的固态燃料。干燥典型地通过在注入气化器之前使惰性气体流与燃料接触来执 行。燃料中的水分利用来自燃料的能量进行蒸发。用来湿润气体的能量和用来干燥燃料的 能量是对系。
9、统的损失并且该损失倾向于降低系统的效率。 发明内容 0003 在一个实施例中，燃料供应系统包括燃料流的供应和气体流的供应，其中，燃料包 括在第一预定范围内的一定量的水分，气体包括在第二预定范围内的一定量的水分并且第 二预定范围比第一预定范围小。燃料供应系统还包括容器，其构造成接收燃料流和气体流， 混合燃料流和气体流并且将燃料流和气体流分离，其中，水分从燃料流转移至气体流。 0004 在另一实施例中，操作燃料供应系统的方法包括接收含碳燃料流，该燃料包括第 一数量的水分，并且混合含碳燃料流和气体流使得燃料中的第一数量的水分降低并且气体 中的第二数量的水分增加。气体流包括一定量的热量并且在混合期间该。
10、一定量的热量中的 至少一些转移至燃料流。 0005 在又一实施例中，整体气化联合循环功率系统包括燃料干燥器，其构造成接收燃 料流、接收流体流、将水分从燃料转移至气体并且将热量从气体转移至燃料。 附图说明 0006 图1-3示出本文所描述的方法和系统的示范实施例。 0007 图1为示范整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统的示意图； 0008 图2为根据本发明的一实施例的整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统的一 部分的示意框图；并且 0009 图3为根据本发明的另一实施例的整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统的 一部分的示意框图。 具体实施方式 0010 以下详细描述通过举例而不。
11、是限制的方式示出本发明的实施例。预期的是，本发 明具有广泛应用以通过在工业、商业和家庭的应用中利用来自工艺的一部分的废弃热量以 替换工艺的另外部分的热量来节约能量。 说 明 书CN 102439273 A CN 102439282 A 2/4页 5 0011 就本文所用而言，以单数提出并且前面带着单词“一”或“一个”的元件或者步骤 应该理解为不排除多个元件或者步骤，除非这种排除被明确地提出。此外，对本发明的“一 个实施例”的参考不意图被解释为排除也具有所提出特征的另外实施例的存在。 0012 图1为示范整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统10的原理图。IGCC系统 10通常包括主空气压缩。
12、机12、流体连通地联接到压缩机12的空气分离单元(ASU)14、流体 连通地联接到ASU 14的气化器16、流体连通地联接到气化器16的合成气体冷却器18、流 体连通地联接到合成气体冷却器18的燃气涡轮发动机20和流体连通地联接到合成气体冷 却器18的蒸汽涡轮22。在不同的实施例中，气化器16和合成气体冷却器18联合成单个整 体容器。 0013 在操作中，压缩机12压缩随后被引入ASU 14的外界空气。在示范实施例中，除来 自压缩机12的压缩空气外，来自燃气涡轮发动机的压缩机24的压缩空气也供应到ASU 14。 可选地，来自燃气涡轮发动机的压缩机24的压缩空气供应到ASU 14，而不是来自压缩。
13、机12 的压缩空气供应到ASU 14，在示范实施例中，ASU 14利用压缩空气以产生由气化器16所用 的氧气。更具体地，ASU 14将压缩空气分离成单独的氧气(O 2 )流和副产物气体流，副产物 气体流有时被称作“工艺气体”。O 2 流被引入气化器16用于产生部分燃尽的气体，本文中称 作“合成气体”，其作为燃料由燃气涡轮发动机20使用，如下文将更详细地描述的。 0014 由ASU 14产生的工艺气体包括氮气并且将在本文中被称作“氮工艺气体”(NPG)。 NPG也可包括其它气体，诸如但不限于，氧气和/或氩气。例如，在示范实施例中，NPG包括 在约95和约100之间的氮气。在示范实施例中，至少一些。
14、NPG流从ASU 14排出到大气， 并且至少一些NPG流注入在燃气涡轮发动机的燃烧器26内的燃烧区(未示出)以便于控 制发动机20的排放，并且更具体地以便于降低燃烧温度和降低来自发动机20的一氧化二 氮的排放。在示范实施例中，IGCC系统10包括用于在氮工艺气体流注入燃气涡轮发动机 的燃烧器26的燃烧区之前压缩氮工艺气体流的压缩机28。 0015 在示范实施例中，气化器16将从燃料供应30供应的燃料、由ASU 14供应的O 2 、 蒸汽和/或石灰石构成的混合物转换成合成气体的输出，其作为燃料由燃气涡轮发动机20 使用。虽然气化器16可利用任何燃料，但是在示范实施例中，气化器16利用煤、石油焦炭。
15、、 残油、油乳剂、沥青砂和/或其它类似的燃料。此外，在示范实施例中，由气化器16产生的 合成气体包括二氧化碳。气化器16可为固定床气化器、流化床气化器和/或气流床气化器 (entrained gasifier)。 0016 在示范实施例中，由气化器16产生的合成气体被引入合成气体冷却器18以便于 冷却合成气体，正如下文将更详细地描述的。冷却的合成气体从合成气体冷却器18引入到 洗涤器，并且经过额外的冷却进入净化设备32，用于在合成气体被引入到燃气涡轮发动机 的燃烧器26以用于其燃烧之前清洁合成气体。硫化氢(H 2 S)在净化期间从合成气体分离 并且运送到处理单元，在该处理单元处硫化氢转换成产物。
16、，典型地为硫磺或硫酸。二氧化碳 (CO 2 )也可在净化期间从合成气体分离，并且在示范实施例中也可排出到大气。燃气涡轮发 动机20驱动供应电功率到电网(未示出)的发电机34。来自燃气涡轮发动机20的排气 引入到热回收蒸汽发生器36，其产生蒸汽并且使蒸汽过热以驱动蒸汽涡轮22。由蒸汽涡轮 22产生的功率驱动提供电功率到电网的发电机38。 0017 此外，在示范实施例中，系统10包括泵40，其将来自蒸汽发生器36的预热的水供 说 明 书CN 102439273 A CN 102439282 A 3/4页 6 应到合成气体冷却器18以便于冷却从气化器16引入的合成气体。煮沸的水通过合成气体 冷却器1。
17、8引入，其中水转换成蒸汽。来自合成气体冷却器18的蒸汽随后回到蒸汽发生器 36以在气化器16、合成气体冷却器18和/或蒸汽涡轮22内使用。 0018 图2为根据本发明的一实施例的整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统10(图 1中示出)的一部分的示意框图。在示范实施例中，IGCC功率产生系统10包括燃料干燥器 200，其在燃料供应30和气化器16之间串行流体连通。燃料干燥器200也在合成气体冷却 器18和净化设备32之间串行流体连通。燃料干燥器200构造成接收来自燃料供应30的 相对冷并且潮湿的燃料流和来自合成气体冷却器18的相对热并且干燥的合成气体流。合 成气体流和燃料流被促使在燃料干燥。
18、器200内混合，使得合成气体和燃料得以彼此紧密接 触。在紧密接触期间，热量从合成气体转移至燃料，从而在燃料被引出燃料干燥器200并且 进到气化器16之前干燥燃料。同样在紧密接触期间，水分从燃料转移至合成气体，从而在 合成气体被引出燃料干燥器200并且进到净化设备32和燃烧器26之前使合成气体潮湿。 在一实施例中，提供在燃料干燥器200和净化设备32之间串行流体连通的辅助净化设备 202。辅助净化设备202构造成移除在燃料和合成气体的紧密接触期间夹带在燃料干燥器 200中的合成气体内的固体和微粒。 0019 图3为根据本发明的另一实施例的整体气化联合-循环(IGCC)功率产生系统 10(图1中示。
19、出)的一部分的示意框图。在该示范实施例中，IGCC功率产生系统10包括在 燃料供应30和气化器16之间串行流体连通的燃料干燥器200。燃料干燥器200也在空气 分离单元(ASU)14和燃烧器26之间串行流体连通。燃料干燥器200构造成接收来自燃料 供应30的相对冷并且潮湿的燃料流和来自ASU 14的相对热并且干燥的氮工艺气体(NPG) 流。NPG流和燃料流被促使在燃料干燥器200内混合，使得NPG和燃料得以彼此紧密接触。 在该紧密接触期间，热量从NPG转移至燃料，从而在燃料被引出燃料干燥器200并且进到气 化器16之前预热燃料。同样在该紧密接触期间，水分从燃料转移至NPG，从而在NPG被引 出。
20、燃料干燥器200并且进到燃烧器26之前使NPG潮湿。在一实施例中，提供在燃料干燥器 200和燃烧器26之间串行流体连通的辅助净化设备202。备用的辅助净化设备202构造成 移除在燃料和NPG的紧密接触期间夹带在燃料干燥器200中的NPG内的固体和微粒。在不 同的实施例中，如果利用的话，压缩机28串行流体连通地定位在燃料干燥器200和辅助净 化设备202之间。压缩机28用来在NPG流注入燃气涡轮发动机的燃烧器26的燃烧区之前 压缩NPG流。 0020 虽然燃料的预热和干燥的源在上文中描述为合成气体和/或NPG，但是应当理解， 任何相对干燥的气体源可用以干燥和/或预热进入气化器16的燃料流。另外，。
21、燃料可在干 燥之后并且注入气化器16之前储存在漏斗或者罐中。在示范实施例中，燃料干燥器200包 括固定容器。在可选的实施例中，燃料干燥器200包括可围绕纵向轴线旋转的可移动容器。 0021 上文描述的功率产生系统的方法和系统的实施例通过利用可原本是对系统的损 失的热量来执行有用的工作，提供节约成本并且可靠的装置，从而增加功率产生系统的效 率。更具体地，本文所描述的方法和系统便于利用原本将利用来自系统的能量进行冷却和 湿润的相对热并且干燥的工艺中的气体来干燥相对潮湿的燃料。另外，上文描述的方法和 系统便于利用原本将从系统放出的水分来湿润气体。因此，本文所描述的方法和系统便于 以节约成本并且可靠的。
22、方式增加功率产生系统的效率。 说 明 书CN 102439273 A CN 102439282 A 4/4页 7 0022 上文详细描述了示范方法和装置，其用于利用供入功率产生系统的燃气涡轮发动 机的气体来干燥功率产生系统内的燃料，以增加通过燃气涡轮发动机的质量流。示出的系 统不限于本文所描述的具体实施例，相反，每个实施例的构件可与本文所描述的其它构件 独立并且分别地使用。每个系统构件也可与其它系统构件联合使用。 0023 虽然本公开依照不同的具体实施例进行描述，但是应该认识到，本公开可在具有 在权利要求的精神和范围内的修改的情况下实施。 说 明 书CN 102439273 A CN 102439282 A 1/2页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102439273 A CN 102439282 A 2/2页 9 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102439273 A 。